Технология добычи сланцевого газа и влияние на экологию. Последствия разработки полезных ископаемых

Добыча газа и нефти. К чему это приводит?

Как связаны землетрясения с добычей природных ископаемых?

Уже давно установлено, что из-за добычи полезных ископаемых изменятся общий геологический круговорот Земли. Из-за этого ухудшается геологическое и биологическое состояние планеты сразу по ряду аспектов. Во-первых, залежи ископаемых переводятся человеком в другую форму химического соединения, а это очень опасно и вредно для человечества. Во-вторых, образуются в геологических слоях полости, которые могут привести к определенным проблемам. А в-третьих, бывшие геологические аккумуляции будут распределяться по поверхности земли, рассеивая при этом ряд химически опасных составов, наносящих вред планете и человечеству.

Согласно статистике США, за последние 10 лет количество землетрясений выросло очень сильно, современные ученые установили, что причина землетрясений является деятельность человека. Точнее, ученые поняли, что землетрясения увеличились из-за слишком активного и частого вмешательства людей в недра Земли. То есть рост местных разработок нефти и газа приводит к увеличению количества землетрясений, и это установлено при ряде исследований. В частности, на участке добычи полезных ископаемых между Алабамой и Монтаной, сейсмологи зафиксировали сильный рост землетрясений — исследование проводилось еще в 2001 году.

Что интересно, 2011 год буквально побил все рекорды землетрясений 20 века почти в шесть раз, а массовость такой деятельности связывается именно с добычей различных ископаемых. Одной из причин таких проблем является оставление в скважинах после бурения миллионов тонн нагнетательных вод, именно они нарушают сейсмическое равновесие. Эта причина привела к закрытию на севере Онтарио уже пяти месторождений газа, которые сильно влияли на возникновение ряда землетрясений. То же самое касается и закрытия нагнетательных скважин в Арканзасе, которые были причиной движения пластов Земли, что привели к увеличению сейсмической активности.

Факт, что добыча нефти и газа в Оклахоме и Арканзасе является прямо пропорциональной скачку землетрясений , доказан учеными еще в 2009 году. Совсем недавно в 2013 году было зафиксировано ряд землетрясений, которые связываются учеными именно с добычей ископаемых. В частности, в Кемеровской области полностью остановлены работы под землей по добыче полезных ископаемых. Геологическая служба США тогда зафиксировала толчки общей магнитудой до 5,3 рядом с местом проведения добычи. А когда началась сейсмическая активность, тут же заморозили все работы по добыче угля, жертв тогда не было, но мировое сообщество сделало выводы о связи землетрясений с добычей ископаемых в шахтах.

Сейсмологическая активность наблюдается и в Кривом Роге в Украине. Там было немало землетрясений, связанных с добычей ископанных. Это событие связывается именно с техногенной деятельностью, тогда при этом проводились взрывы для выработки ископаемых. Эти взрывы нарушили естественную среду, и соответственно, они спровоцировали выделение определенной энергии, что было установлено местными учеными. Техногенная деятельность активизировала природные структуры и тут же появились сейсмические сильные толчки. Подобные случаи также наблюдаются в других регионах, где развита промышленность и ведется добыча подземных природных ресурсов.

Сегодня существует ряд причин искусственного возникновения землетрясений, в частотности они наблюдаются из-за притока подземных вод при добыче. Разработка различных карьеров, дробильных комплексов и других объектов добычи приводят к сильным разрушениям общей земной поверхности. Этот фактор не только отрицательно влияет на саму экологию, но и приводит к сейсмоактивности.

Е.И.Панфилов, проф., д.т.н., главный научный сотрудник ИПКОН РАН

Неуклонный рост численности населения на планете обуславливает увеличение потребления природных ресурсов, среди которых ведущая роль принадлежит минерально-сырьевым. Россия обладает значительными запасами полезных ископаемых, за счет добычи которых формируется более половины доходной части государственного бюджета. Планируемое ее сокращение за счет интенсивного инновационного развития других отраслей промышленности в ближайшие 10-15 лет не приведет к снижению масштабов и темпов освоения минерально-сырьевой базы страны. При этом добыча твердых полезных ископаемых сопровождается извлечением из недр миллионов тонн горной массы, размещаемой в виде вскрышных пород и отходов на поверхности Земли, что влечет за собой крайне негативные последствия не только для окружающей среды и человека, но и для самих недр.

Оценка воздействий на недра зачастую отождествляется или смешивается с последствиями этих воздействий на окружающую среду, включая инфраструктуру и человека, особенно при определении возникающих и наносимых им ущербов. В действительности, эти процессы имеют существенные различия, хотя и тесно взаимосвязаны. Например, опускание поверхности на калийном месторождении в Березняках, приведшее к значительному экологическому, экономическому и социальному ущербам региону и стране явилось следствием ущерба, нанесенного техногене-зом геологической среде, т.е. имеем дело с различными, по сути, явлениями. Поскольку они могут оказать, и уже оказывают, существенное влияние на всю нашу жизнедеятельность, возникает необходимость более углубленного и всестороннего изучения, определения и оценки происходящих процессов. В работе не рассматриваются воздействия на недра, обусловленные стихийными явлениями, катастрофами и другими негативными природными явлениями, причастность к которым человеческой деятельности не доказана.

Первое понятие касается последствий, возникающих в результате техногенных воздействий на геологическую среду, которую с некоторой долей условности допустимо отождествить с понятием «недра». Сами возникающие последствия обозначим термином «геологический ущерб», т.е. ущерб, наносимый геологической среде (ГС) деятельностью человека.

Другое понятие включает совокупность последствий, обусловленных реакцией ГС (недр) на воздействия техногенеза, поэтому их можно назвать «геотехногенными последствиями». Если они имеют негативный характер, что, как правило, и происходит на практике, то их правомерно считать «геотехногенным ущербом». Его составными частями являются экологические, экономические, социальные и иные последствия, оказывающие отрицательное влияние на жизнедеятельность человека и среду его обитания, в т.ч. природную.

К наиболее востребованной сфере горнопромышленной деятельности относится разработка месторождений, главной целью которой является изъятие из недр полезной для общества части вещества недр - минеральных образований. В этом случае недрам наносится геологический ущерб (ГУ),
возникающий на различных стадиях и этапах разработки месторождений полезных ископаемых.

При этом возможные воздействия на ГС, используя основные положения системы ОВОС, можно подразделить на 4 группы по объективному классификационному признаку, отражающему характер (отличительное свойство, особенность) производимого воздействия на недра:

I группа. Отделение (изъятие) вещества недр, ведущее к уменьшению его количества.

II группа. Преобразование или нарушение геологической среды. Оно может проявляться в виде создания подземных полостей, карьеров, котлованов, выемок, траншей, углублений; перераспределения полей напряжений в горном массиве в зоне ведения горных разработок; нарушения циркулирующих в недрах водоносных, газовых, флюидных, энергетических и иных потоков; изменения горногеологических, структурных характеристик и свойств геологической среды, вмещающей минеральные образования; изменения ландшафта территории, занятой под геологическими и горными отводами, и т.д.

III группа. Загрязнение геологической среды (геомеханическое, гидрогеологическое, геохимическое, радиационное, геотермическое, геобактериологическое).

IVгруппа. Комплексное (синэнергетическое) воздействие на недра, проявляющееся при различном сочетании воздействий трех вышеприведенных групп.

В соответствии с существующей практикой эксплуатации месторождений полезных ископаемых возможные воздействия на ГС рассматриваем по трем основным стадиям:

1 стадия - Изучение геологической среды, в т.ч. их составной части - минеральных образований (месторождений полезных ископаемых).

2 стадия - Освоение (эксплуатация) месторождений полезных ископаемых.

3 стадия - Завершение освоения (разработки) месторождений полезных ископаемых - ликвидация (консервация) горнодобывающих объектов.

На стадии изучения недр, проводимых с целью обнаружения (поиска) минеральных образований, воздействия на геологическую среду, с некоторой долей условности, можно разделить по объективному признаку - степени физической целостности ГС - на две группы: воздействия без существенного нарушения целостности ГС (1-я группа) и воздействия с нарушением целостности и свойств ГС.

К 1-й группе воздействий можно отнести поисковые и сей-сморазведочные работы, которые практически не влияют на состояние горного массива.

2-я группа воздействий обусловлена геолого-разведочными работами (ГРР), осуществляемыми с помощью скважин, горных выработок и иных работ, ведущих к изменению физической целостности ГС. В этом случае возможны все 4 вышеуказанных вида воздействий на ГС - изъятие вещества недр (при проходке геологоразведочных выработок и в меньшей степени - при выбуривании скважин); нарушение геологической среды (при проходке горных выработок с использованием взрывчатых веществ); загрязнение (имеет место лишь в отдельных случаях - при бурении нефтяных, газовых и иных разведочных скважин, при пересечении подземных термальных, минерализованных вод) и комплексное воздействие (встречается редко - например, при пересечении геологоразведочной выработкой минерализованного водного, газоносного горизонтов, флюидных потоков).

Таким образом, можно констатировать, что на стадии изучения недр воздействия на ГС проявляются незначительно, главным образом при разведке и доразведке месторождений полезных ископаемых, производимых с использованием горных выработок и, частично, при бурении разведочных скважин на жидкие и газообразные углеводороды.

На стадии освоения разведанного месторождения полезного ископаемого определяющую роль в воздействиях на ГС играет применяемый способ (технология) его разработки, точнее метод (техническое средство) изъятия из геологической среды ее части - минерального образования, который принимается в качестве главного классификационного признака систематизации возможных воздействий.

В соответствии с этим признаком воздействия подразделяются на четыре группы:

1 группа - Механический способ. Характерен при добыче преимущественно твердых полезных ископаемых и осуществляется известными техническими средствами (угольные комбайны, драги, отбойные молотки, пилы, экскаваторы-мех-лопаты и драглайны, и т.д.).

2 группа - Взрывной способ. Наиболее типичен для разработки твердых полезных ископаемых в случае наличия пород, не поддающихся механическому воздействию.

3 группа - Гидродинамический способ, когда в качестве технического средства отделения полезного ископаемого от массива используются гидромониторы.

4 группа - Скважинная геотехнология в различных ее модификациях. Это основной способ извлечения из недр жидких, газообразных полезных ископаемых, их смесей. Он включает также методы подземного выщелачивания, получающие все более широкое применение.

В каждой из названных групп выделяются подгруппы, классы, виды, подвиды и другие более мелкие подразделения.

Анализируя указанные методы изъятия из ГС минеральных образований с позиции определения возможных воздействий, следует отметить, что помимо главной цели, ради которой они созданы и постоянно совершенствуются, т.е. добычи полезного ископаемого, этим способам присущи все другие виды воздействий, проявляющиеся в разных масштабах, мощности и интенсивности. Они имеют свои специфические особенности, в соответствии с которыми целесообразно осуществлять дифференциацию групп.

На завершающей стадии разработки месторождения, т.е. при ликвидации или консервации горнодобывающего пред-
приятия, когда процесс добычи (изъятия из недр) полезного ископаемого закончен, прямых, непосредственных воздействий на ГС не происходит, однако в этот период более активно и широко могут проявиться последствия предыдущих стадий освоения месторождения, причем, не сразу, а по истечении времени - порой значительному (месяцы, годы).

Количественное определение и оценка воздействий тех-ногенеза на геологическую среду, следовательно геологического ущерба, представляет весьма сложную, в большинстве случаев трудно и порой просто неразрешимую задачу. Одна из основных причин заключается в том, что до настоящего времени не выработано единого подхода к критериям оценки техногенных воздействий на ГС, точнее к критериям восприятия геологической средой наших воздействий.

Например, если из недр изъято минеральное образование, то его количество определить просто, однако установить в количественном выражении последствия такого изъятия очень трудно, т.к. достоверно представить, как поведет себя ГС иногда возможно, но в данный момент, на данном локальном участке, при достоверно установленных исходных показателях. Однако спрогнозировать реакцию ГС на длительный период и пространственно масштабно имеющимися методами и средствами практически невозможно.

Задача становится еще более сложной, когда мы имеем дело с нарушением естественных процессов, происходящих в недрах, например, при пересечении горными выработками водоносных или флюидных потоков. Так, в результате проведенных с 1974 по 1987 годах ядерных взрывов в Лено-Тун-гусской и Хатангско-Вилюйской провинциях на глубинах от 100 до 1560 м в донных отложениях рек, в почве, растениях и в животных обнаружены плутоний, цезий, стронций (в дозах, превышающих нормативы в десятки и сотни раз (!)) .

Или в результате ликвидации шахт в Подмосковном угольном бассейне произошло обводнение и заболачивание некоторых территорий. Еще один пример. На планете по оценкам разных специалистов на сегодняшний день имело место порядка 70 землетрясений с силой более 5 баллов по шкале Рихтера, инициированных деятельностью человека в недрах. Приведенные примеры подтверждают наш тезис о том, что в настоящее время не только оценить, но и количественно определить геологический ущерб, т.е. ущерб, наносимый недрам человеческой деятельностью практически невозможно. Такое утверждение объясняется не столько сложностью выявления причинно-следственных взаимосвязей между тех-ногенезом и недрами, сколько наличием огромных воздействий на планету Земля окружающей ее космической среды. Однако, последствия геологического ущерба, имеющие негативный характер, т.е. «геотехногенный ущерб» предвидеть,
определить и оценить - вполне разрешимая задача.

При этом «геотехногенный ущерб» может быть подразделен на следующие классы:

I. Природно-экологический.

II. Экономический.

III. Социальный.

Природно-экологический ущерб

Деление группы на виды и т.д. возможно осуществить, используя классификационный признак - конкретный источник (причина) допущенного ущерба. В числе таких причин:

Представленная для лицензирования недостаточная полнота, достоверность и надежность горно-геологической информации о запасах полезных ископаемых, количественных и качественных характеристиках и свойствах участков недр и минеральных образований. Несвоевременное ее получение и предоставление, в т.ч. при пересчете запасов;

Отсутствие оперативного (экспрессного) и постоянного (на стационарных устройствах и установках) количественного и качественного учета и контроля извлекаемых (в т.ч. отправляемых на склады и в отвалы), а также оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и содержащихся в них полезных компонентов;

Превышение (в сравнении с установленными нормативами) объема извлекаемых запасов полезных ископаемых из лучших по качеству или условиям эксплуатации выемочных участков и времени их выемки;

Нарушение установленных схем, порядка, операций и сроков разработки отдельных выемочных участков месторождений;

Необоснованное изменение технологий и технологических схем разработки месторождений и их участков, предусматривающее снижение показателей полноты и качества извлечения из недр основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых при добыче и попутных компонентов при первичной переработке (обогащении);

Нарушение установленных проектом или нормативно-правовыми актами схем, порядка и своевременности консервации и ликвидации горного предприятия и связанного с ним горного имущества;

Самовольная застройка площадей залегания полезных ископаемых и/или несоблюдение принятого порядка и сроков использования этих площадей в других целях;

Размещение и накопление промышленных и других отходов на площадях водосбора и в местах залегания подземных вод, используемых для питьевого и промышленного водоснабжения;

Отсутствие узаконенных соглашений или несогласованность действий недропользователей, осуществляющих эксплуатацию месторождений на одних и тех же или сопряженных лицензионных участках недр.

Группа 2. Ущерб, наносимый окружающей природной среде, связанный с преобразованием (нарушением) части земной поверхности, горного или геологического отводов, ландшафта и находящихся на этой территории природных ресурсов, которые могут оказаться непригодными для использования, уничтоженными либо нарушенными. При выделении видов в группе целесообразно использовать в качестве основного признака - экосистемы, входящие в состав залицензированного участка недр. Группа 3. Ущерб окружающей природной среде и человеку, обусловленный загрязняющими веществами (ущерб загрязнения), образующимися при освоении и использовании полезных ископаемых и поступающими в атмосферу, водные объекты, почву, флору, фауну, т.е. воздействующих на био, фито и зооценоз. Выделение видов (подвидов) ущербов этой группы зависит от климатически-географических особенностей отдельных регионов и характера воздействий, образующихся при недропользовании. В общем случае можно воспользоваться критериями и показателями ОВОС (сейчас это IS019011).

Группа 4. Совокупный (синергетический) ущерб природной среде и человеку. Он представляет собой сочетание вышеприведенных трех групп, исходя из конкретных условий эксплуатации отдельно взятого месторождения или совокупности родственных по горногеологическим и технологическим условиям разработки участков месторождений.

В качестве возможного и конкретного методического подхода по комплексной оценке природно-экологического ущерба, как составной части геотехногенного, целесообразно использовать методологию, предложенную д.т.н. В.И. Па-пичевым . В ней автор рассматривает большинство видов природных ресурсов, которые могут подвергнуться техногенным воздействиям горного производства, исходя из степени прямого (непосредственно) и косвенного (опосредованного) изъятия природных ресурсов, и предлагает считать количественным показателем воздействия производства на каждый природный ресурс «... отклонения фактических значений количества ресурса от его исходных (естественных) значений, которые могут явиться результатом как непосредственного, так и опосредованного потребления ресурса».

Разработанная В.И. Папичевым методика позволяет рассчитать нагрузку на основные компоненты природной среды за тот или иной временной интервал воздействия, в т.ч. нагрузку на недра. В частности, предложено выражение для расчета нагрузки на основные компоненты природной среды :

Выполненными расчетами на конкретных примерах автор доказал возможность и целесообразность использования предложенной им методологии .

Экономический ущерб

Видами убытков могут быть:
- дополнительные расходы, вызванные недостаточной или недостоверной горно-геологической информацией о лицензируемом месторождении или его части (свойствах, характеристиках и т.д.);

Сверхнормативные потери запасов полезных ископаемых, в т.ч. списанных или переведенных в категорию забалансовых (нерентабельных) запасов, сформировавшихся из-за нерациональной выборочной выемки лучших по качеству или условиям эксплуатации участков месторождений;

Утрата или повреждение горного имущества;

Непредвиденные расходы, связанные с необходимостью сохранения нарушенной горными работами геологической среды в состоянии, пригодном для дальнейшего использования;

Расходы средств и ресурсов, необходимых для устранения экологического ущерба во всех его проявлениях.

Группа 2. Упущенная выгода (недополученные доходы).

Упущенная выгода рассматриваются с 2-х позиций: государства, как собственника недр, и недропользователя, причем, как правило, эти позиции не совпадают, т.е. недополученная выгода государством может оцениваться как необоснованное обогащение недропользователей, что, например, имеет место при нерациональной выборочной выемке запасов, а также когда государство предоставило недропользователю недостаточно полную и качественную геологическую информацию о выставленном на тендер месторождении или его части. Следовательно, группа может быть представлена двумя видами ущерба: государства и недропользователя.

Социальный ущерб

Основным признаком его дифференциации целесообразно считать состояние здоровья человека, учитывая моральную составляющую. Деление социального ущерба на группы, виды и более мелкие сегменты представляет достаточно сложную, многофакторную проблему, решение которой является предметом специального исследования. В первом приближении дифференциация класса «социальный ущерб» может быть выполнена на базе основных факторов, влияющих на физиолого-психическое состояние человека, его групп, общностей. Например, можно выделить группы, характеризующиеся: качеством окружающей природной среды (Кузбасс, Курская магнитная аномалия, Урал и другие горные провинции, районы и промышленные узлы), инфраструктурой, подразумевая под ней транспорт, связь (районы Крайнего Севера, Дальнего Востока, других малообжитых территорий), социально-бытовыми, национальными, культурными и иными условиями проживания, концентрацией населения, другими значимыми факторами.

Сложность выделения социального ущерба от недропользования объясняется тем обстоятельством, что не всегда и не везде горное производство является главным в местах проживания людей. Трудность оценок значительно возрастает в районах с развитой промышленностью, инфраструктурой, где добыча полезных ископаемых не играет ведущую роль в социально-экономическом развитии, либо когда социально-экономическое значение минерально-сырьевого комплекса сопоставимо с другими производствами, функционирующими на рассматриваемой территории или выделенной экосистеме. Поэтому установление и оценка социального ущерба от недропользования должны производиться отдельно в каждом конкретном случае на основе глубоких исследований. Это положение справедливо и для общей (суммарной) оценки возникающих ущербов, как по отдельным объектам горнодобывающей промышленности, так и по регионам и различным административным образованиям.

В качестве примера, иллюстрирующего конкретный подход к определению и оценке ущербов при недропользовании можно привести Республику Татарстан, Министерство экологии и природных ресурсов которой утвердило «Порядок расчета ущерба при правонарушениях в области недропользования в республике Татарстан» (Приказ от 9 апреля 2002 г. №322).

Согласно этому приказу общая сумма ущерба государству при нарушении законодательства в области недропользования складывается из следующих составляющих:

Ущерб, причиненный недрам невосполнимой потерей запасов полезных ископаемых;

Убыток бюджетов разных уровней вследствие невнесения налогов (платежей) за пользование недрами;

Ущерб, причиненный земельным и растительным ресурсам в результате уничтожения (деградации) почвенного слоя и растительности на участке самовольного пользования недрами на прилегающей территории;

Затраты на проведение работ по оценке размеров вреда недрам и вредного воздействия на окружающую природную среду (в том числе, исчислению убытков и оформлению соответствующих документов).

В вышеназванном документе приводится порядок определения ущерба при нарушении законодательства, дается оценка общей суммы ущерба с примерами расчета конкретной величины ущерба, причиненного недрам и бюджетам разных уровней, применительно к разработке общераспространенных полезных ископаемых. Так, например, ущерб, причиненный недрам (Ун) невосполнимой потерей запасов полезных ископаемых, определяется произведением количества добытого полезного ископаемого (V) на норматив стоимости полезного ископаемого (Nn), на стоимость единицы добытого полезного ископаемого (S) и на коэффициент достоверности запасов по категориям (D).

Нормативы стоимости полезного ископаемого, установленные в Республике Татарстан, представлены в таблице.

Основные положения используемого в республике методического подхода могут быть учтены при освоении других видов полезных ископаемых.

Суммарный геотехногенный ущерб оценивается в каждом конкретном случае по отдельным объектам, в нашем случае, месторождениям полезных ископаемых, изучаемым и осваиваемым как индивидуальными предпринимателями, так и юридическими лицами (их группой) в зависимости от зоны влияния разрабатываемого месторождения (его части) на окружающую среду, включая инфраструктуру и население. Определение зоны влияния представляет самостоятельную проблему исследований. При ее выполнении важно учитывать степень восприимчивости геологической и окружающей среды к возможным воздействиям.

Познание источников и причин геологических и геотехногенных ущербов позволяет изыскивать рациональные мероприятия по их предупреждению или ликвидации негативных последствий, исходя из тезиса о том, что любой геологический ущерб вызывает геотехногенный ущерб, т.е. техногенное воздействие на ГС порождает одновременно как геологический, так и геотехногенный ущербы. Из этого тезиса следует вывод о том, что прежде чем определять, оценивать и разрабатывать какие-либо мероприятия, направленные на устранение геотехногенного ущерба, следует изучить, выявить источники и принять меры к недопущению геологического ущерба.

Организацию специального государственного органа по контролю и надзору в сфере недропользования;

Взаимосвязанность и взаимообусловленность любых проектов, программ, нормативно-правовых актов, планов и решений;

Иерархическое ранжирование (по вертикали и горизонтали) по уровням их выполнения;

Логически выстроенное и последовательное исполнение намеченных мероприятий с введением персональной ответственности, прежде всего представителей государственных органов исполнительной власти за своевременную реализацию этих мероприятий;

Принятие единого узаконенного на уровне Федерации методического подхода к разработке и реализации методов, средств и мероприятий по контролю и надзору за рациональным недропользованием.

В значительной степени, хотя и в декларативной форме, возможные мероприятия по недопущению или минимизации указанных ущербов изложены в Федеральном законе «О недрах» (гл. 23) и более конкретно в «Правилах охраны недр» ПБ-07-601-03.М. Однако, реальное и результативное использование даже этих, далеко не идеальных нормативных документов, серьезно и заметно сдерживается действующим контрольно-надзорным аппаратом государственного управления, функции которого «растащены» по различным министерствам, службам и агентствам, связанным с функционированием минерально-промышленного комплекса страны.

Полагаем, что изложенные соображения, раскрывающие сущность техногенеза на недра при разработке месторождений полезных ископаемых, будут полезны специалистам, занимающимся проблемами рационального освоения георесурсов и сохранения недр.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Панфилов Е.И. «Российское горное законодательство: состояние и пути его развития». М. Изд. ИПКОН РАН. 2004. c.35.

2. Папичев В.И. Методология комплексной оценки техногенного воздействия горного производства на окружающую среду (автореферат докторской диссертации). М. Изд. ИПКОН РАН. 2004. c.41.

Характер рельефа, уровень залегания фунтовых вод учитываются при проектировании системы отработки полезного ископаемого. Они сказываются и на экологических последствиях добычи: размещении отвалов, разносе пыли и газов, образовании депрессионных воронок, карста, поведении подотвальных вод и многого другого. Способы и масштабы извлечения руд меняются со временем.
Промышленная добыча полезных ископаемых, начиная с XVIII века, велась с помощью вертикальных горных выработок: глубоких шурфов (до 10 м), шахт. Из вертикальной выработки при необходимости проходилось несколько горизонтальных выработок, глубина которых определялась уровнем залегания подземных вод. Если они начинали заполнять шахту, шурф, добыча прекращалась из-за нехватки водоотливной техники. Следы старых горных выработок можно наблюдать и сегодня в окрестностях Пласта, Кусы, Миасса и многих других городов и поселков горнозаводской зоны области. Часть из них остается незакрытой, не загороженной до сих пор, что представляет определенную опасность. Таким образом, вертикальная амплитуда изменений природной среды, связанных с добычей минерального сырья, до XX столетия едва превышала 100 м.
С появлением мощных насосов, осуществляющих водоотлив из выработок, экскаваторов, большегрузных автомобилей, разработка минеральных ресурсов все чаще ведется открытым способом — карьерным.
На Южном Урале, где большинство месторождений залегает на глубинах до 300 м, преобладает карьерная добыча. В карьерах добывается до 80 % (по объему) всех полезных ископаемых. Самой глубокой горной выработкой на территории области является Коркинский угольный разрез. Его глубина на конец 2002 года была равна 600 м. Крупные карьеры имеются в Бакале (бурые железняки), Сатке (магнезиты), Межозерном (медная руда), Верхнем Уфалее (никель), Магнитогорске и Малом Куйбасе (железо).
Очень часто карьеры располагаются в городской черте, на окраинах поселков, что серьезным образом сказывается на их экологии. Много мелких карьеров (несколько сотен) находится в сельской местности. Практически каждое крупное сельское предприятие имеет свой карьер площадью 1—10 га, где добываются щебень, песок, глина, известняк для местных нужд. Обычно добыча ведется без соблюдения каких-то экологических норм.
Подземные горные выработки—шахты (шахтные поля) также широко распространены в области. В большинстве из них добыча полезных ископаемых сегодня уже не ведется, они выработаны. Часть шахт затоплена водой, часть заложена спущенной в них пустой породой. Площадь отработанных шахтных полей только в Челябинском буроугольном бассейне составляет сотни квадратных километров.
Глубина современных шахт (Копейск, Пласт, Межевой Лог) достигает 700—800 м. Отдельные шахты Карабаша имеют глубину 1,4 км. Таким образом, вертикальная амплитуда изменений природной среды в наше время, с учетом высоты отвалов, терриконов на территории Южного Урала достигает 1100—1600 м.
Россыпные месторождения золота в речных песках разрабатываются в последние десятилетия с помощью драг — крупных промывальных машин, способных брать рыхлую породу с глубин до 50 м. На мелких россыпях добыча ведется гидравлическим способом. Породы, содержащие золото, размываются мощными струями воды. Результатом такой добычи становится "рукотворная пустыня" со смытым почвенным слоем и полным отсутствием растительности. Такие пейзажи вы встретите в Миасской долине, к югу от Пласта. Масштабы добычи минерального сырья увеличиваются ежегодно.
Это связано не только с ростом потребления тех или иных минералов, пород, но и с уменьшением содержания в них полезных компонентов. Если раньше на Урале, в Челябинской области отрабатывались полиметаллические руды с содержанием полезных элементов 4—12%, то теперь разрабатываются бедные руды, где содержание ценных элементов едва достигает 1%. Для того, чтобы получить из руды тонну меди, цинка, железа, необходимо добыть из недр гораздо больше породы, чем в прошлом. В середине XVIII столетия суммарная добыча минерального сырья в год составляла в крае 5—10 тыс. тонн. В конце XX столетия горные предприятия области перерабатывают ежегодно 75—80 млн тонн горной массы.
Любой способ добычи полезных ископаемых значительно влияет на природную среду. Особое влияние испытывает верхняя часть литосферы. При любом способе добычи происходит значительная выемка пород и их перемещение. Первичный рельеф заменяется техногенным. В горной местности это приводит к перераспределению приземных потоков воздуха. Нарушается цельность определенного объема пород, увеличивается их трещиноватость, появляются крупные полости, пустоты. Большая масса пород перемещается в отвалы, высота которых достигает 100 м и более. Нередко отвалы располагаются на плодородных землях. Создание отвалов обусловлено тем, что объемы рудных полезных ископаемых по отношению к вмещающим их породам невелики. Для железа и алюминия это 15—30%, для полиметаллов — около 1—3%, для редких металлов — менее 1%.
Откачка воды из карьеров и шахт создает обширные депрессионные воронки, зоны снижения уровня водоносных горизонтов. При карьерной добыче диаметры этих воронок достигают 10—15 км, площади — 200—300 кв. км.
Проходка шахтных стволов приводит также к соединению и перераспределению вод между ранее разобщенными водоносными горизонтами, прорывам мощных потоков воды в туннели, забои шахт, что значительно затрудняет добычу.
Истощение фунтовых вод в районе горных выработок и осушение поверхностных горизонтов сильно влияют на состояние почв, растительного покрова, величину поверхностного стока, обуславливают общее изменение ландшафта.
Создание крупных карьеров и шахтных полей сопровождается активизацией различных инженерно-геологических и физико-химических процессов:
— возникают деформации бортов карьера, оползни, оплывины;
— происходит оседание земной поверхности над отработанными шахтными полями. В скальных породах оно может достигать десятков миллиметров, в некрепких осадочных породах — десятков сантиметров и даже метров;
— на соседних с горными выработками площадях усиливаются процессы эрозии почв, оврагообразования;
— в выработках и отвалах активизируются во много раз процессы выветривания, идет интенсивное окисление рудных минералов и их выщелачивание, во много раз быстрее, чем в природе, идет миграция химических элементов;
— в радиусе нескольких сот метров, а иногда и километров, происходит загрязнение почв тяжелыми металлами при транспортировке, ветровом и водном разносе, почвы также загрязняются нефтепродуктами, строительным и промышленным мусором. В конечном счете, вокруг крупных горных выработок создается пустошь, на которой растительность не выживает. Например, разработка магнезитов в Сатке привела к гибели сосновых лесов в радиусе до 40 км. Пыль, содержащая магний, попала в почву и изменила щелочно-кислотный баланс. Почвы из кислых превратились в слабощелочные. Кроме того, карьерная пыль как бы зацементировала хвою, листья растений, что вызвало их оскудение, увеличение мертвопокровных пространств. В конечном итоге, леса погибли.

"Сланцевая революция", очевидно, всерьез овладевает умами политиков и бизнесменов всего мира. Пальму первенства в этой сфере держат американцы, но, по-видимому, есть вероятность, что и остальной мир вскоре к ним присоединится. Конечно, есть государства, где практически не ведется добыча сланцевого газа - в России, например, к этому начинанию основной процент политических и бизнес-элит относится довольно скептически. При этом дело не столько в факторе экономической рентабельности. Важнейшее обстоятельство, которое может повлиять на перспективы такой отрасли, как добыча сланцевого газа, - последствия для экологии. Сегодня мы изучим данный аспект.

Что такое сланцевый газ?

Но для начала - небольшой теоретический экскурс. Что такое сланцевый полезное ископаемое, которое добывается из особого вида минералов - Основной метод, с помощью которого ведется добыча сланцевого газа, последствия которой мы сегодня, руководствуясь позициями экспертов, изучим - фрекинг, или гидроразрыв пласта. Устроен он примерно так. В земные недра вводится в почти горизонтальном положении труба, а одно из ее ответвлений выводится на поверхность.

В процессе фрекинга в газохранилище нагнетается давление, которое способствует выходу сланцевого газа наверх, где он и собирается. Наибольшую популярность добыча упомянутого полезного ископаемого приобрела в Северной Америке. По подсчетам ряда экспертов, рост выручки в рамках этой индустрии на рынке США за последние несколько лет составил несколько сотен процентов. Однако безусловный экономический успех в аспекте освоения новых способов добычи "голубого топлива" может сопровождаться огромными проблемами, связанными с добычей сланцевого газа. Носят они, как мы уже сказали, экологический характер.

Вред экологии

То, на что США и другим энергетическим державам следует, по мнению экспертов, обратить особое внимание, работая в такой сфере как добыча сланцевого газа, - последствия для экологии. Самую главную угрозу для окружающей среды таит в себе основной метод извлечения полезного ископаемого из недр земли. Речь идет о том самом фрекинге. Он, как мы уже сказали, представляет собой подачу в земной пласт воды (под очень большим давлением). Подобного рода воздействие способно оказать выраженное негативное влияние на окружающую среду.

Реагенты в действии

Технологические особенности фрекинга - это не единственный характера. Текущие методы добычи сланцевого газа предполагают использование нескольких сотен разновидностей химически активных, и в потенциале токсичных, веществ. Что это может означать? Дело в том, что разработка соответствующих месторождений требует задействования больших объемов пресной воды. Плотность ее, как правило, меньше той, что свойственна подземным водам. И потому легкие слои жидкости, так или иначе, могут со временем подняться на поверхность и достигнуть зоны смешения с питьевыми источниками. При этом в них, вероятно, будут содержаться токсичные примеси.

Более того, возможен вариант, при котором легкая вода будет возвращаться на поверхность загрязненной не химическими, а вполне природными, но все-таки вредными для здоровья человека и экологии веществами, которые могут содержаться в глубинах земных недр. Показательный момент: известно, что планируется добыча сланцевого газа на Украине, в районе Карпат. Однако эксперты одного из научных центров провели исследование, в ходе которого выяснилось: слои земли в тех регионах, которые, как предполагается, содержат в себе сланцевый газ, характеризуются повышенным содержанием металлов - никеля, бария, урана.

Просчет технологии

К слову, ряд экспертов из Украины призывает обратить внимание не столько на проблемы добычи сланцевого газа в аспекте использования вредных веществ, сколько на недостатки в применяемых газовиками технологий. Представители научной среды Украины в одном из своих докладов на экологическую тематику выдвинули соответствующие тезисы. Какова их сущность? Выводы ученых, в целом, сводятся к тому, что добыча сланцевого газа на Украине может нанести значительный ущерб плодородности почв. Дело в том, что при тех технологиях, что задействуются для изоляции вредных веществ, некоторые материалы будут располагаться под пахотным грунтом. Соответственно, что-то вырастить над ними, в верхних слоях почвы, будет проблематично.

Украинские недра

Есть в среде украинских экспертов также и опасения по поводу возможного расходования запасов питьевой воды, которые могут являть собой стратегически значимый ресурс. Вместе с тем, уже в 2010 году, когда сланцевая революция только набирала обороты, украинские власти выдали лицензии на проведение разведывательных работ по сланцевому газу компаниям уровня ExxonMobil и Shell. В 2012 году было осуществлено бурение поисковых скважин в Харьковской области.

Это могло свидетельствовать, полагают эксперты, о заинтересованности украинских властей в освоении "сланцевых" перспектив, вероятно, с целью снизить зависимость от поставок голубого топлива из РФ. Но сейчас неизвестно, считают аналитики, каковы дальнейшие перспективы работы в этом направлении (в силу известных политических событий).

Проблемный фрекинг

Продолжая рассуждение о недостатках технологий добычи сланцевого газа, можно обратить внимание также и на другие примечательные тезисы. В частности, при фрекинге могут использоваться некоторые вещества Они задействуются как жидкости разрыва. При этом частое их использование может приводить к значительному ухудшению степени проницаемости пород для водных потоков. Для того чтобы избежать этого, газовики могут использовать воду, в которой используются растворимые химические производные веществ, близких по составу к целлюлозе. А они несут серьезную угрозу здоровью человека.

Соли и радиация

Были прецеденты, когда присутствие химических веществ в водах в районе сланцевых скважин было зафиксировано учеными не только в расчетном аспекте, но также и на практике. Проанализировав воду, стекавшуюся в очистные сооружения в Пенсильвании, эксперты обнаружили намного более высокий, чем в норме, уровень содержания солей - хлоридов, бромидов. Некоторые из веществ, обнаруженных в воде, могут вступать в реакцию с атмосферными газами - например, озоном, в результате чего могут образовываться токсичные продукты. Также в некоторых слоях недр, расположенных в районах, где добывается сланцевый газ, американцы обнаружили радий. Который, соответственно, радиоактивен. Не считая солей и радия, в водах, которые концентрируются в районах, где применяется основной способ добычи сланцевого газа (фрекинг), учеными были обнаружены различного рода бензолы, толуол.

Законная лазейка

Некоторые юристы отмечают, что вред экологии, наносимый американскими газодобывающими компаниями "сланцевого" профиля, имеет едва ли не законную природу. Дело в том, что в 2005 году в США был принят правовой акт, по которому метод фрекинга, или гидроразрыва пласта, был выведен из-под мониторинга Агентства по охране окружающей среды. Это ведомство, в частности, следило за тем, чтобы американские бизнесмены действовали в соответствии с предписаниями Закона о защите питьевой воды.

Однако, с принятием нового правового акта, предприятия США получили возможность действовать вне зоны контроля Агентства. Стала возможной, отмечают эксперты, добыча сланцевой нефти и газа в непосредственной близости от подземных источников питьевой воды. И это невзирая на то, что Агентство в одном из своих исследований пришло к выводу, что источники продолжают загрязняться, и не столько в процессе фрекинга, сколько через некоторое время после завершения работ. Аналитики считают, что закон был принят не без политического давления.

Свобода по-европейски

Ряд экспертов акцентирует внимание на том, что не только американцы, но также и европейцы не желают понимать, чем опасна добыча сланцевого газа в потенциале. В частности, Еврокомиссия, разрабатывающая источники права в различных сферах экономики ЕС, даже не стала создавать отдельного закона, регулирующего вопросы экологии в данной отрасли. Ведомство ограничилось, подчеркивают аналитики, всего лишь изданием рекомендации, фактически ни к чему не обязывающей энергетические компании.

Вместе с тем, по замечаниям экспертов, европейцы пока не слишком стремятся к скорейшему началу работ по добыче голубого топлива на практике. Не исключено, что все те дискуссии в ЕС, что связаны со "сланцевой" тематикой, - всего лишь политические спекуляции. И на деле европейцы, в принципе, не собираются осваивать добычу газа нетрадиционным методом. По крайней мере, в ближайшем будущем.

Жалобы без удовлетворения

Есть сведения, что в тех районах США, где идет добыча сланцевого газа, последствия экологического характера уже дали о себе знать - и не только на уровне промышленных исследований, но и в среде обычных граждан. Американцы, живущие по соседству со скважинами, где применяется фрекинг, стали замечать, что вода из-под крана сильно потеряла в качестве. Они пытаются выразить протест против добычи сланцевого газа в своей местности. Однако их возможности, как полагают эксперты, несопоставимы с ресурсами энергетических корпораций. Схему бизнесы реализуют достаточно простую. При возникновении претензий со стороны граждан они формируют наняв экологов. В соответствии с этими документами, питьевая вода должна быть в полном порядке. Если жителей не устраивают эти бумаги, то газовики, как сообщается в ряде источников, выплачивают им в досудебном порядке компенсации взамен подписания договоров о неразглашении сведений о подобных сделках. В результате чего гражданин теряет право сообщать что-то прессе.

Вердикт не обременит

Если же судебные процессы все же инициируются, то решения, выносимые не в пользу энергетических компаний, на деле не являются сильно обременительными для газовиков. В частности, по некоторым из них корпорации обязуются поставлять за свой счет гражданам питьевую воду из экологически чистых источников или же устанавливать для них очистное оборудование. Но если в первом случае пострадавшие жители, в принципе, могут быть довольны, то во втором - как полагают эксперты - особого повода для оптимизма может и не быть, поскольку некоторые все же могут просачиваться через фильтры.

Власти решают

В среде экспертов бытует мнение, что интерес к сланцу в США, равно как и во многих других странах мира, в большей степени политический. Об этом, в частности, может свидетельствовать тот факт, что многие газовые корпорации поддерживаются правительством - особенно в таком аспекте, как налоговые льготы. Экономическую же состоятельность "сланцевой революции" эксперты оценивают неоднозначно.

Фактор питьевой воды

Выше мы рассказали о том, что украинские эксперты ставят под сомнение перспективы добычи сланцевого газа в своей стране, во многом в силу того фактора, что технология фрекинга может потребовать расходования большого количества питьевой воды. Надо сказать, что подобные опасения высказывают и специалисты из других государств. Дело в том, что и без сланцевого газа уже сейчас наблюдается во многих регионах планеты. И вполне вероятно, что подобная ситуация в скором времени может наблюдаться и в развитых странах. А "сланцевая революция", понятное дело, будет только способствовать ускорению этого процесса.

Неоднозначный сланец

Есть мнение, что добыча сланцевого газа в России и других странах не осваивается совсем или, по крайней мере, не происходит в таком темпе, как в Америке, как раз таки по причине рассмотренных нами факторов. Это, прежде всего, риски загрязнения окружающей среды токсичными, а иногда и радиоактивными, соединениями, имеющими место быть при фрекинге. Также это вероятность истощения резервов питьевой воды, которая может в скором времени даже в развитых странах стать ресурсом, по степени значимости не уступающим голубому топливу. Разумеется, в расчет берется также и экономическая составляющая - среди ученых нет единого мнения по вопросам рентабельности сланцевых месторождений.

В ходе добычи и переработки полезных ископаемых происходит большой геологический круговорот, в который вовлекаются различные системы. Вследствие этого оказывается большое воздействие на экологию региона добычи, и такое воздействие влечет за собой негативные последствия.

Масштабы добычи полезных ископаемых велики – в расчете на одного жителя Земли в год добывается до 20 тонн сырья, из которых менее 10% переходит в конечный продукт, а остальные 90% – отходы. Кроме того при добыче происходит значительная потеря сырья примерно 30 – 50%, что говорит о неэкономности некоторых видов добычи, особенно открытого способа.

Россия является страной с широко развитой добывающей отраслью, имеет месторождения основных сырьевых ресурсов. Вопросы негативного влияния добычи и переработки сырья очень актуальны, поскольку эти процессы затрагивают все сферы Земли:

• литосферу;
• атмосферу:
• воду;
• животный мир.

Влияние на литосферу

Любой способ добычи предусматривает выемку руды из земной коры, что приводит к образованию полостей и пустот, нарушается целостность коры, увеличивается трещиноватость.

В результате этого растет вероятность обвалов, оползней, разломов близлежащей к руднику территории. Создаются антропогенные формы рельефа:

• карьеры;
• отвалы;
• терриконы;
• овраги.

Такие атипичные формы имеют большие размеры, высота может достигать 300 м, а протяженность 50 км. Насыпи образуются из отходов переработанного сырья, на них не растут деревья и растения – это просто километры непригодной территории.

В ходе добычи каменной соли, при обогащении сырья, образуются галитовые отходы (на одну тонну соли приходится три–четыре тонны отходов), они твердые и нерастворимые, а дождевые воды переносят их в реки, которые часто используются для обеспечения питьевой водой населения близлежащих городов.

Решить экологические проблемы, связанные с возникновением пустот, можно путем заполнения отходами и переработанным сырьём оврагов и выемок в земной коре, образованных в результате добычи. Также необходимо совершенствовать технологию добычи, чтобы сокращать выемку пустой породы, это может в значительной мере уменьшить количество отходов.

Многие породы содержат несколько видов полезных ископаемых, поэтому возможно совмещать добычу и переработку всех компонентов руды. Это не только экономически выгодно, но и благоприятно повлияет на окружающую среду.

Еще одним негативным последствием, связанным с добычей полезных ископаемых является загрязнение ими близлежащих сельскохозяйственных почв. Это происходит во время транспортировки. Пыль разлетается на многие километры и оседает на поверхности почвы, на растениях и деревьях.

Многие вещества могут выделять токсины, которые затем попадают в пищу животным и человеку, отравляя организм изнутри. Часто вокруг магнезитовых месторождений, которые активно разрабатываются, наблюдается пустошь в радиусе до 40 км, почва меняет щелочно-кислотный баланс, и растения перестают расти, а близлежащие леса погибают.

В качестве решения этой проблемы экологи предлагают размещать перерабатывающие сырье предприятия вблизи места добычи, это также позволит сократить транспортные расходы. Например, располагать электростанции вблизи угольных месторождений.

Ну и, наконец, добыча сырья значительно истощает земную кору, с каждым годом уменьшаются запасы веществ, руды становятся менее насыщенными, это способствует большим объемам добычи и переработки. Как следствие – рост объемов отходов. Решением этих проблем может стать поиск искусственных заменителей природных веществ и их экономное потребление.

Добыча соли шахтным способом

Влияние на атмосферу

Колоссальные экологические проблемы оказывает добыча полезных ископаемых на атмосферу. В результате процессов первичной обработки добытых руд в воздух выбрасываются большие объёмы:

• метана,
• оксидов
• тяжелых металлов,
• серы,
• углерода.

Созданные искусственные терриконы постоянно горят, выбрасывая в атмосферу вредные вещества – угарный газ, углекислый газ, сернистый газ. Такое загрязнение атмосферы приводит к увеличению уровня радиации, изменению температурных показателей и увеличение или уменьшения осадков.

Во время добычи в воздух попадает большое количество пыли. Ежедневно на прилегающие к карьерам территории падает до двух килограмм пыли, в итоге почва остается погребенной под полуметровым слоем на долгие годы, а часто навсегда, и, естественно, теряет свое плодородие.

Решением данной проблемы является использование современного оборудования, снижающего уровень выбросов вредных веществ, а также использование шахтного способа добычи вместо открытого.

Влияние на водную среду

В результате добычи природного сырья сильно истощаются водоемы как подземные, так и поверхностные, осушаются болота. При добыче угля осуществляется откачка подземных вод, которые располагаются вблизи месторождения. На каждую тонну угля приходится до 20 м 3 пластовых вод, а при добыче железных руд – до 8 м 3 воды. Откачка вод создает такие экологические проблемы, как:

• образование депрессионных воронок;
• исчезновение родников;
• высыхание малых рек;
• исчезновение ручьев.

Поверхностные воды страдают от загрязнений в результате осуществления процесса добычи и переработки ископаемого сырья. Так же как и в атмосферу, в воду попадает большое количество солей, металлов, токсических веществ, отходов.

В результате этого гибнут микроорганизмы, живущие в водоемах, рыба и прочая живность, человек использует загрязненную воду не только для своих хозяйственных нужд, но и в пищу. Предотвратить экологические проблемы, связанные с загрязнением гидросферы можно путем сокращения сбросов сточных вод, уменьшения расходов воды при добыче продукции, заполнением образованных пустот водой.

Этого можно добиться, совершенствуя процесс добычи сырья, использованием новых разработок в области машиностроения для добывающей отрасли.

Влияние на животный и растительный мир

Во время активной разработки крупных месторождений сырья радиус загрязнений близлежащих почв может составлять 40 км. Почва подвержена различным химическим изменениям, в зависимости от вредности перерабатываемых веществ. Если в землю попадает большое количество токсических веществ, на ней гибнут и не растут деревья, кустарники и даже трава.

Следовательно, нет пищи для животных, они либо гибнут, либо ищут новые места для обитания, происходит миграция целых популяций. Решением этих проблем должно быть снижение уровня выбросов вредных веществ в атмосферу, а также компенсационные меры по восстановлению и очищению загрязненных территорий. К компенсационным мерам относится удобрение почв, высадка лесов, организация пастбищ.

При разработке новых месторождений, когда снимается верхний слой грунта – плодородный чернозем, его можно транспортировать и распределять на бедных, истощенных местах, вблизи уже неактивных рудников.

Видео: Загрязнение окружающей среды